本文關(guān)鍵詞：某壓縮機螺栓連接斷裂失效分析

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【摘要】：疲勞載荷作用下,螺栓連接斷裂失效是機械工程上普遍存在的問題。本文以某壓縮機螺栓連接的斷裂失效問題為研究對象,針對螺栓連接的載荷工況、材料性質(zhì)和斷裂失效形式,結(jié)合宏微觀分析和理論研究,找出該螺栓斷裂失效的可能因素,提出相應(yīng)的改進措施,以防止類似螺栓連接斷裂的失效行為。本文研究內(nèi)容主要包括四個方面：(1)螺栓材料材質(zhì)為35CrMo,其合金元素含量、屈服強度、斷面收縮率、延伸率、沖擊韌性均滿足要求,而材料的抗拉強度和洛氏硬度值HRC均低于標準規(guī)定,且螺栓表面硬度明顯高于心部硬度,表面增碳是造成該結(jié)果的主要原因,造成螺栓表面硬脆,塑性遠遠低于螺栓心部,降低了螺栓抗疲勞強度以及抵抗冷熱疲勞強度。(2)螺栓失效部位的金相組織經(jīng)檢驗為回火索氏體,并含有少量的鐵素體組織,符合該材料特有的金相特征。拉伸試樣斷口表面有明顯的發(fā)射狀裂紋,裂紋斷口齊整,且斷口表面隱約可見部分孔洞,呈明顯脆性開裂的特征；在沖擊試樣斷口表面同時存在韌窩和二次脆性裂紋,這說明沖擊斷裂試樣同時具有延性斷裂和脆性開裂的特征。斷口的孔洞缺陷是由金屬冶煉過程中生成的條狀夾雜物造成,且主要為CaO-SiO2-Al2O3-MgO系夾雜物,其次為MnS夾雜。(3)考慮螺紋連接的非線性幾何結(jié)構(gòu)和非線性接觸條件,采用有限元分析方法對整個螺栓連接結(jié)構(gòu)在預(yù)緊力和實際操作壓力兩個工況下的應(yīng)力情況進行了模擬分析。結(jié)果表明,螺柱上的受力最為明顯,螺柱上靠近法蘭端與螺母接觸的第一個螺紋的牙底處應(yīng)力最大。螺母與螺柱的第一個螺紋嚙合區(qū)部位是整個螺栓連接的危險區(qū)域。(4)螺母與螺柱的第一個螺紋連接嚙合根部區(qū)域存在的夾雜物導(dǎo)致材料局部性能下降,而有限元分析結(jié)果表明該局部區(qū)域正是螺紋連接應(yīng)力最大的部位,這使得該處發(fā)生咬傷并在疲勞載荷下不斷磨損,該體積缺陷即為疲勞裂紋源。初始的疲勞裂紋源在疲勞載荷作用下進一步擴展,內(nèi)部的條狀夾雜物形成的孔洞可視為內(nèi)部微裂紋,在疲勞載荷作用下也發(fā)生擴展并聚合,形成大裂紋。當螺栓的實際承載面積不足以抵抗外加載荷時便發(fā)生斷裂。
【學位授予單位】：華東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH45

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本文編號：1236627